DE2358979A1

DE2358979A1 - Behaeltnis zum umhuellen und transport radioaktiver materialien

Info

Publication number: DE2358979A1
Application number: DE2358979A
Authority: DE
Inventors: Camille Bochard
Original assignee: Robatel SLPI SA
Current assignee: Robatel SLPI SA
Priority date: 1972-11-28
Filing date: 1973-11-27
Publication date: 1974-05-30
Also published as: FR2208165B1; US3930166A; JPS4995099A; GB1403338A; JPS5727440B2; FR2208165A1; DE2358979C2

Description

08? 8502524

DtPL-PHYS. WILLY LORENZ, PATENTANWALT, 8035 GAUTI NG, HUBERTUSSTRASSE 83Vs ·

26. November 1973 Meine Akte: r' 91-j,DT

EOBATEL S.L.P.I.
Genas, Rhone (Frankreich)

Behältnis zum Umhüllen und Transport radioaktiver Materialien

Die Erfindung bezieht sich auf ein Behältnis zum Umhüllen und Transport radioaktiver Materialien, bei dem der Behälter von einer Strahlenschutzverkleidung aus Blei oder einem anderen Material umgeben ist, welche sich ihrerseits in einem Metall-Schutzmantel befindet, wobei zwischen der Innenwand des letzteren und der gegenüberliegenden Wand der Strahlenschutzverkleidung ein als Brandschutz dienender Zwischenraum besteht, der zugleich die vom radioaktiven Material freigesetzte Wärme abführt und die Verkleidung gegen die sich bei einem etwa auftretenden Brand entwickelnde Hitze isoliert.

Behältnisse dieser Art besitzen im allgemeinen einen Innenbehälter, der sich in einer Strahlenschutzverkleidung aus Blei od.dgl. mit meistens kreisförmigem Querschnitt befindet.

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Diese Verkleidung ist ihrerseits von einem äußeren Metall-Schutzmantel umgeben, der jedoch einen ringförmigen Raum für die Aufnahme eines Brandschutzes freiläßt.

Die Erfahrung zeigt, daß dieser Brandschutz Eigenschaften aufweisen muß, von denen sich einige scheinbar widersprechen.

In erster Linie ist es erforderlich, daß der Brandschutz unter normalen Betriebsbedingungen eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit besitzt, um die von dem im Behältnis befindlichen radioaktiven Material freigesetzte Wärme abzuführen und jede überhitzung der Bleiverkleidung od.dgl. zu vermeiden.

Demgegenüber ist es jedoch unerläßlich, daß der Brandschutz im Falle eines in der Nähe des Behältnisses plötzlich ausbrechenden Brandes eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt, damit er eine Abschirmung bildet und jegliche Überhitzung der strahlenschutzverkleidung wirksam verhindert, wobei aber die Leitfähigkeit nach dem Brand noch ausreichend sein muß, um die Abführung der Innenwärme erneut gewährleisten zu können.

Um diese beiden Bedingungen zu erfüllen, wurde bereits vorgeschlagen, zur Herstellung des Brandschutzes den ringförmigen Raum zwischen der Verkleidung und dem Außenmantel mit einer Masse aus endothermem, isolierendem Material auszufüllen, das entweder aus Kalziumsulfat (SO₄Ca · 1/2 H₂O) gemäß der FR-PS 1 438 241 vom 21. Oktober 1964, oder aus einem aus einer wäßrigen Suspension von Tonerdetrihydrat (A1_O ·3H₀O) und Eisen- oder Flußstahlpulver gebildeten Gemisch besteht, wie in der DT-OS 2 014 706 der Anmelderin vom 26. März 1970 beansprucht.

Trotz der Vorteile, die derartige isolierende Produkte bieten,

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besteht noch ein sehr störender Nachteil. Zur Sicherstellung einer^Nguten Wärmeableitung ist es Offensichtlich vorteilhaft, wenn die Dicke der Isoliermasse gering ist; im Gegensatz hierzu muß jedoch diese Masse zur Isolierung der Strahlenschutzverkleidung;'ein möglichst großes Volumen besitzen. In der Praxis muß schließlich ein Kompromiß geschlossen werden, der keiner der genannten Bedingungen völlig gerecht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu beseitigen und ein Behältnis der genannten Art zu schaffen, das 'sich zur Aufnahme eines eine große Wärmemenge freisetzenden radioaktiven Materials unter den besten Sicherheitsbedingungen eignet.

Diese. Aufgabe, wird erf indungsgemäß dadurch gelöst, daß der Brandschutz zwei konzentrische Reihen zueinander radial entgegengerichteter Metallrippen umfaßt, wobei.die Zwischenräume zwischen den Rippen der beiden Reihen mit einem endothermen isolierenden Material gefüllt sind. .

Eine derartige Anordnung läßt die Verwendung eines"endothermen Isoliermaterials mit gewünscht großem Volumen zu, wobei die Metallrippen der beiden konzentrischen !feiten unabhängig vom vorerwähnten Volumen die wirksame Abführung der von dem im Behältnis befindlichen radioaktiven Material freigesetzten Wärme sicherstellen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung be- . stehen die Metallrippen aus Seitenzweigen oder -schenlceln von Profilen mit U—Querschnitt aus iCupfer oder einem anderen stark wärmeleitenden Metall. Die beiden Rippenreihen sowie das von ihnen umschlossene endotherme Isoliermaterial werden zwischen zwei ringförmigen Lagen aus einem gut wärmeleitenden, quellfähigen Material (wie hydratisiertes Kaliumsulfat) gehaltenp wodurch eine wirksame Einbettung der Rippen und die Wärmeübertragung zwischen den verschiedenen funktioneilen

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ringförmigen Schichten gewährleistet wird.

Nachstehend sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die schematische Zeichnung beispielsweise näher beschrieben; es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt eines erfindungsgemäß ausgerüsteten Behältnisses;

Fig. 2 einen Teil von Fig. 1 in größerem Maßstab, um die Ausbildung des Brandschutzes zu veranschaulichen;

Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Ansicht gemäß einer abgewandelten Ausführungsform.

Das Behältnis gemäß Fig. 1 besitzt auf übliche Weise einen Innenbehälter 1 mit kreisförmigem Querschnitt, der in eine aus Blei oder anderem Material bestehende zylindrische Schutzverkleidung 2 eingebettet ist. Letztere ist von einem äußeren Schutzmantel 3 aus Stahl oder einem anderen widerstandsfähigen Metall umgeben, wobei zwischen, der Innenwand des Mantels 3 und der Verkleidung 2 ein ringförmiger Raum zur Aufnahme eines bei 4 schematisch gezeigten Brandschutzes freibleibt.

Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich, besitzt dieser Brandschutz 4 eine erste Reihe oder einen ersten Kranz von Profilstücken 5 mit U-förmigem Querschnitt, welche z.B. aus Kupfer bestehen, sich über die ganze Höhe des Behältnisses erstrecken und mittels Schweißpunkte 5' untereinander verbunden sind. Die seitlichen, im wesentlichen miteinander in Berührung gehaltenen Schenkel der Profilstücke 5 verlaufen daher radial zum Inneren des Behältnisses hin, während die jeweils bei 5a durchbrochenen Querstege zum Außenmantel 3 hin gerichtet sind.

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weist der Brandschutz 4 eine zweite Keihe öder einen zweiten Kranz von Rippen auf» welche von' vorteilhafter— weise aus Kupfer bestenenden Winkelstücken 6 gebildet sind*. Letztere sind bei 6' 'zusammengefügt und derart ausgerichtet, daß einer ihrer Schenkel radial im Innern «ines Profilstücks 5 verläuft. Die Befestigung der beiden Kränze erfolgt mittels gerillter Stäbchen bzw. Leisten 7 aus Holz oder einem anderen Material mit großem= Wärmeisolierungsfaktor., Die zwischen den Rippen der beiden "Kränze 5» β entstehenden Zwischenräume werden mit einer Hasse 8 aus endothermem Material ausgefüllt, · das eine große Wärmemenge absorbieren kann, wenn es einer plötzlichen und starken Temperaturerhöhung unterworfen wird» Die beiden Kränze werden an ihrem Platz mittels zweier ringförmiger Lagen 9 aus gut wärmeleitendem Stoff festgehalten.

Wie eingangs bereits .erwähnt-, kann die Masse 8 entweder auf . die in der FR-BS 1 438 241 beschriebene ATt\ beschaffen sein oder so, wie in der DT-OS 2014 706 angegeben ist. Die Haltebzw. Vergußlage 9 kann folgende Zugammensetzung aufweisen (in Volumprozent):

Metallstücke ,'.,,.»,,».<.■.,.«■..,„.. 50% •Schmelzzement .................... 33 % '

bewehrter Gips .. ·.... 17 %,

angerührt mit 25 % Wasser, bezogen auf das Volumen des Trockengemisches.

Die' von dem im Innenbehälter 1 untergebrachten radioaktiven Material freigesetzte Wärme geht auf die Verkleidung 2 über und durchquert die innere ringförmige Lage 9» Der von den Winkelstücken 6 gebildete Kranz erreicht dadurch eine hohe. Temperatur. Die Wärme kann auf Grund der von den Stäbchen

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bzw. Leisten 7 gebildeten thermischen Schranke nicht radial nach außen entweichen, so daß sie jede Masse 8 durchdringen muß, um zu den Seitenschenkeln der Profilstücke 5 zu gelangen, von denen die Wärme über die ringförmige Lage 9 und den äußeren Metallmantel 3 nach außen abgeführt wird. Wie daraus hervorgeht, erfolgt die Wärmeübertragung zwischen dem inneren und dem äußeren Kranz infolge der geringen Stärke jeder Masse 8 und der so geschaffenen großen Austauschfläche unter ausgezeichneten Bedingungen.

Im Falle daß in der Umgebung des erfindungsgemäßen Behältnisses plötzlich ein Brand ausbrechen sollte, würde die dabei entstehende Wärme durch den Außenmantel 3 sowie die ringförmige Lage 9 auf den äußeren, von den Profilstücken 5 gebildeten Kranz übertragen werden. Die auf die Schenkel der Profil-Stücke 5 wirkende Temperaturerhöhung würde dann ein Verdampfen des in den endothermen Massen 8 enthaltenen Wassers zur Folge haben, so daß sich die Winkelstücke 6 nur sehr mäßig erwärmen wurden. Auf diese Weise wird bei einem Unfall jegliche Überhitzung der Strahlens.chutzverkleidung 2 vermieden. Das Volumen des endothermen Isoliermaterials kann erhöht werden, indem man die Rippen der beiden Brandschutz-Kränze radial verlängert, wodurch zugleich sowohl die Wärmeisolierung des Behältnisses als auch die Wärmeableitungscharakteristiken auf Grund der Vergrößerung der Austauschfläche verbessert werden.

Wenn die endothermen Isoliermassen 8 wirksam werden, kann der erzeugte Dampf durch die Durchbrüche 5a der Frofilstücke 5 entweichen und durch zu diesem Zweck im Metallmantel 3 vor— gesehene Öffnung) nach außen gelangen; letztere sind normalerweise durch schmelzbare Verschlüsse 3a verschlossen.

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Fig. 3 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung, bei der die Verkleidung 2 noch mit einem Neutronenschutzschirm 10 versehen ist. In diesem Fall weisen die Winkelstücke 6 einen radialen Schenkel von großer Länge auf, um Räume zur Aufnahme eines geeigneten Materials zu schaffen, das insbesondere eine Zusammensetzung der folgenden Art aufweisen kann (wobei die Prozente hier Gewichtsprozente sind):

gekörntes Polyäthylen ......i 38 %

Aluminiumhydroxyd'(Al₂O₃«3H₂O) ..... .18 %

Colemanit(2CaO·3B₂O₃*5H₂O) 7%

Zement 14 %

Gips .· 7 %

Wasser ........ 16 %

Wahlweise kann der Schutzschirm 10 auch aus einer Reihe von Bündeln aus Polyäthylenfäden mit geringem Durchmesser gebildet sein, die parallel zueinander gerichtet sind und z.B. durch Tauchen mit einem borhaltigen Bindemittel überzogen werden, das nach dem Trocknen ihr Haften in den Räumen zwischen den Winkelstücken 6 sicherstellt,» In" der Praxis kann dieser Schirm folgende Zusammensetzung (in Gewichtsprozent) aufweisen: . ■ ,

Polyäthylenfäden ..75%

Colemanit 7 %,

Bei dieser Ausführungsform wird ein festes Material mit großer Wirksamkeit hinsichtlich Neutronenschutz und geringer Dichte (nahe derjenigen des Wassers) erhalten.

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Bs. ist in- allen Fällen offensichtlich, daß, der Schirm 10. die Ableitung der durch das radioaktive Material freigesetzten Wärine in keiner· Weise beeinträchtigt, da die Winkels tue Jce eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit: gewährleisten} das Entweichen der Wanne erfolgt auf die gleiche Weise wie bei Pig-, 2 durch den Außenkranz der Profil stücke 5, die Lage 9 sqwie den Außenmantel 3«

E>4e Yörstehende,, beispielsweise gegebene Beschreibung beschränkt den Rahinen dey Brfindurig selbstverständlich in keiner Weise« letzterer würdes auch durch das Ersetzen der beschriebenen Teile durch andere, gleichwertige, nicht verlassen. Insbesondere könnten die isolierenden stäbchen bzw. Leisten durch ßiipe kage #ws geeignetem Stoff ersetzt werden. ·

Patentansprüche

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Claims

P at en t ansprüch.e

1./Behältnis zum Umhüllen und Transport radioaktiver Ma'terialien, bei dem der Behälter von einer Strahlenschutzverkleidung aus .Blei oder einem anderen Material umgeben ist, welche sich ihrerseits in einem Metall-Schutzmantel befindet, wobei zwischen der Innenwand des letzteren und der gegenüberliegenden Wand der Strahlenschutzverkleidung ein als Brandschutz dienender Zwischenraum besteht, der zugleich die vom radioaktiven Material freigesetzte Wärme abführt und die Verkleidung gegen die sich bei einem etwa auftretenden Brand entwickelnde Hitze isoliert, dadurch gekennzeichnet, daß der Brandschutz (4) zwei konzentrische Reihen zueinander radial entgegengerichteter Metallrippen umfaßt, wobei die Zwischenräume zwischen den Rippen der beiden Reihen mit einem endothermen isolierenden Material gefüllt sind.

2. Behältnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen mindestens einer der beiden Reihen Seitenarme oder Schenkel von U-förmigen Profilstücken (5) sind.

3. Behältnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen mindestens einer der beiden Reihen von Winkelstücken (6) gebildet sind.

4.'Behältnis nach einem oder mehreren der Ansprüche f'bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende jeder Rippe vom gegenüberliegenden Teil der in der anderen Reihe liegenden Rippe durch eine Schicht aus isolierendem Material ge-

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trennt ist, so daß jede unmittelbare Wärmeübertragung in radialer Richtung vermieden wird.

5. Behältnis nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus isolierendem Material ein gerilltes Stäbchen bzw. eine Leiste (7) ist, das bzw. die zugleich die Rippen der beiden Reihen festhält.

6. Behältnis nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rippenreihen mittels zweier ringförmiger Lagen (9) eines Vergußmaterials an ihrem Platz gehalten werden, was eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit gewährleistet.

7. Behältnis nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Vergußmaterial auf hydriertem Kalziumsulfat basiert.

8. Behältnis nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Vergußmaterial folgende Zusammensetzung (in Vol.%) aufweist:

Metallstücke 50 %

Schmelzzement 33 %

bewehrter Gips ....; 17 %,

angerührt mit 25 % Wasser, bezogen auf das Volumen des Trockengemisches.

9. Behältnis nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Neutronen-Schutzschirm (1O), der aus einem geeigneten, zwischen den Rippen der inneren Reihe vorgesehenen Material besteht.

10. Behältnis nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Neutronen-Schutzschirm (10) aus einer Reihe von Bündeln

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und ifr^es. Paf tens

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